基于直接计算法的超大型油船整体舱段结构优化

基于有限元法的船体舱段整体结构优化优于分块优化,但由于其实现存在很多困难,目前国内研究较少。提出一种综合有限元法、均匀设计、神经网络等方法和理论的优化方案,对大型油船立体舱段结构优化进行了研究。建立了舱段结构强度评估的参数化有限元平台;构建了用于试验的均匀设计表,设计了171次试验,将之代入有限元平台进行计算,得到了用于神经网络训练的样本对,从而建立了设计变量和目标函数及应力响应的神经网络响应面。按照一般的优化流程,采用离散粒子群算法,对某30万t超大型油船舱段整体结构进行了优化设计。优化结果表明该方案是可行的,合理的,可以大大缩短直接计算消耗的机时。     

船体舱段三维有限元模型参数化建模方法研究

提出三维船体舱段有限元参数化建模的设计方法,将船体舱段的有限元网格归类为纵向网格和横向网格,并分别提出相应的算法以实现这两种网格的自动生成.     

基于子模型分解的船舶舱段结构代理模型协同优化方法

[目的]为解决船舶舱段结构优化设计参数众多、计算耗时的难题,提出一种基于子模型分解的舱段结构代理模型协同优化方法。[方法]每次选择一个板架,根据当前舱段方案的有限元模型建立板架结构子模型,基于子模型构建板架结构响应的代理模型并进行优化,得到板架优化解后更新舱段模型,再进行下一个板架的优化,如此迭代,直到完成一轮或多轮包含所有板架的协同优化后停止。最后对舱段结构尺寸进行小范围调整,得到最终优化解。[结果]某船舶舱段结构优化结果显示,与从整体优化角度出发的基于降维代理模型的舱段结构优化方法相比,在相当计算成本下,所提方法的优化结果重量进一步减小了2.86%,最终实现结构减重4.96%。[结论]所提方法的优化效果较好,在高维船体结构优化问题上具有较好的应用价值。     

大型浮吊船体的结构设计和强度评估

针对目前国内外市场对大型浮吊的迫切需求,本文以现行具备世界上最大单机起重能力的浮吊--7500 t"蓝鲸"号浮吊为研究对象,针对该浮吊的工作性能要求进行了中剖面设计,并根据CCS规范校核该浮吊船体结构的主要纵向构件尺寸以及总纵强度.在此基础上,建立该浮吊船体结构的三舱段有限元模型,针对浮吊的各种典型工况进行船体结构强度的评估分析,同时提出了结构优化设计的合理化建议.本文的研究成果对同类型浮吊船体的结构优化设计具有参考意义和实用价值.     

散货船顶边舱横隔板的拓扑优化设计

针对散货船顶边舱横隔板的设计主要靠母型船和工程师经验进行,以横隔板重量最轻为目标,参照原始设计的应力结果进行基于应力约束的拓扑优化。基于原始设计方案,去除顶边舱横隔板上的开孔面板、防倾肘板和屈曲筋,对结构进行细化后获得响应工况的应力作为拓扑优化的应力约束。分别对单个横隔板进行拓扑优化和对货舱内所有横隔板进行拓扑优化。基于拓扑优化结果,设计新的横隔板开孔方式并进行详细设计,并基于三舱段有限元计算对优化设计进行粗网格和细化分析校核。优化后的构型相对原始设计能获得更轻便的重量和更小的应力结果。本文的研究可以为散货船的拓扑优化、顶边舱横隔板的设计提供参考。     

外置式耐压液舱实肋板拓扑和开孔尺寸优化

[目的]为了简化建造工艺和减轻液舱结构重量,对外置式耐压液舱实肋板结构进行拓扑优化和开孔尺寸优化设计。[方法]首先,利用Hyperworks/Optistruct对外置式耐压液舱整体模型进行结构应力分析。然后,在拓扑优化中,除与液舱壳板和耐压船体壳板相连的约100 mm长条状范围外,以实肋板其他范围内的单元密度为设计变量;以与实肋板相连的液舱壳板和船体壳板上结构的典型应力及实肋板体积分数为约束,以实肋板上最大Mises应力最小化为目标,针对满载和空舱两种工况,利用商用软件Hyperworks/Optistruct对实肋板结构进行拓扑优化。最后,基于Matlab和ANSYS联合优化,以实肋板上von Mises应力和剪应力为约束,以相应结构重量极小化为目标,对实肋板开孔进行尺寸优化,从而得到精细化开孔方案。[结果]拓扑优化结果表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中、下部。开孔尺寸优化结果表明,相比初始方案,实肋板剪应力增加38%,其他关注区域应力相当时,内部实肋板上结构重量可降低19%。[结论]两类优化设计均表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中下部,且从下到上开孔面积应逐渐减小。     

舰船船体结构的优化设计研究

舰船结构的优化设计,可以减轻舰船结构的重量,并能合理分布材料。而舰船中间舱段的结构尺度几乎决定了主船体中部近一半舰长区域的船体结构尺度,也影响着其余首尾的船体结构尺度,故舰船结构的优化首先从其入,优化设计计算模型以船体结构重量轻为目标函数,以《规范》等要求为约束条件,以船体主要构件的尺寸为变量,采取分步优化的策略,序列线性规划的方法进行。用Ｃ＾＋＋语言开发了舰船中间舱段优化设计计算程序系统。实例计     

优化算法对船舶可靠性的影响分析

通过构建径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络近似模型,分别采用自适应模拟退火算法(Adaptive Simulated Annealing,ASA)、多岛遗传算法(Multi-Island Genetic Algorithm,MIGA)、粒子群法(Particle Swarm Optimization,PSO)3种优化算法,以重量最轻为目标,对油船整体舱段进行基于CCS规范的优化设计;之后利用Abaqus非线性有限元法计算了轻量化舱段的极限强度,并通过建立极限状态方程,进一步研究优化算法对船体极限强度可靠性的影响;最后,为直观、量化地反映船舶的风险变化程度,通过提出失效概率折减率μ,发现PSO-RBF算法下减重单位舱段重量,船体梁失效概率增加最少。     

22 000m3液化气船整船和舱段三维有限元强度分析

对２２０００ｍ＾３液化气船进行了整船和舱段三有限元强度计算分析,建立了整船和船体主舱段的三维有限元结构模型。并通过节点力的自动加载技术和惯性平衡处理技术建立有限元模型的节点载荷,在中拱和中垂弯矩作用下,计算出本在压载和满载工况下的船体应力和变形,是后通过对本舱舱段的边界处理技术,计算出受船体总强度的船体舱段局部强度,对船体强度出判断,为改进船体结构设计提供依据。     

2万2千方液化气船整船和舱段三维有限元强度分析

本文对２２０００ｍ＾３液化气船进行了整船和舱段三维有限元强度计算分析,建立了整船和船体主舱段的三维有限元结构模型,通过节点力的自动加载和惯性平衡处理４技术建立有限元模型的节点载荷。在中拱和中垂弯矩作用下,计算出船体在压载和满载工况下的船体应力和变形。通过对船体舱段的边界处理技术,计算出受船体总强度影响的船体舱段局部强度,对船体强度作出判断,为改进船体结构设计提供依据。     

集控室兼作防海盗安全舱室设计分析

以某新制大型挖泥船项目为例,实施将集控室改进后兼作防海盗安全舱室的设计优化方案。从舱室结构强度、电源系统、安全门、通信系统、视频监控系统、应急爬梯、通风、生活设施等设计方面详细介绍该优化方案。通过与独立防海盗舱室设计方案的比较,优化方案具有节省空间、完善功能、降低成本等多方面优势。经船舶检验机构和船舶所有人认可,优化方案功能合理可行。     

载人潜水器驾驶舱三维布局优化研究

驾驶舱三维布局在载人潜水器设计中占有举足轻重的地位。在分析传统舱室布局方式局限性的基础上,提出利用优化算法实现空间布局的求解。通过对驾驶舱设计要求的分析,结合人机工程的基本思想,建立了驾驶舱空间布局的多目标优化模型。利用遗传算法,结合并列选择策略,实现了该优化模型的求解。计算结果表明,算法有较好的收敛性,从而反映了提出的求解方法的可行性。     

小型船舶的内装优化设计

讨论内装优化设计的基本原则,通过小型船舶的内装工程实例说明内装设计结合船舶结构、舱室布置、防火绝缘、减振降噪、地板敷料和家具布置等进行综合优化设计的方法。     

舰船刚性阻振质量复合托板隔振特性优化设计(英文)

In considering the theory of structural dynamic optimization design, a design method of the structural style of ship composite brace with rigid vibration isolation mass was studied. Two kinds of structural dynamic optimization formulations minimizing the vibration acceleration of the non-pressure hull on the restraining condition of the gross weight of the ship cabin were established: 1) dynamic optimization of the sectional dimensions of the rigid vibration isolation mass in the composite brace; 2) dynamic optimization of the arranging position of the rigid vibration isolation mass. Through the optimization results, sectional dimensions and the arranging position of the rigid vibration isolation mass with better performance in reducing vibration were gained, and some reference was provided for practical engineering designs as well as enrichment of the design method of a novel ship vibration-isolation brace.     

基于准静态法的舱段极限强度研究

随着计算机技术不断发展,非线性有限元法已成为计算和评估结构极限承载能力最有效的方法。在非线性有限元法中,有3种不同的分析方法,分别为弧长法、阻尼因子法和准静态法。准静态法最大的优势在于中心差分进行显式时间积分不存在收敛性问题,能够更好地求解复杂结构崩溃问题。该文基于准静态法开展船体舱段极限强度非线性有限元分析,比较不同时间步长条件下舱段极限强度变化趋势,研究不同材料模型对舱段极限强度的影响规律,并揭示舱段失效机理;为后期船舶结构极限强度研究提供技术支撑。     

统计能量法在船舶舱室噪声预报中的应用

详细介绍了统计能量法并结合某船模型以统计能量法进行舱室噪声预报及改进设计研究。在某段舱室内分别以加减震器与不加减震器2种工况下噪声的计算结果与统计能量法得出的计算结果进行分析对比,充分验证了统计能量法的预报可行性,得出结论:统计能量分析法可以有效地预报船舶舱室的高频噪声,可以对局部设计的更改和局部减震装置的施加进行有效的仿真,适用设计阶段船舶舱室噪声的预报和结构声学优化计算。本文所得数据也可为今后船舶设计开发提供相关参考依据。     

船用吊环优化设计研究

通过对吊环结构有限元强度分析,提出吊环优化设计方法,对4型吊环结构进行优化设计。在设计过程中,重点考虑吊环结构的强度优化设计、工艺的合理性、安全系数的统一和对横向受力角度进行量化的规定等,并采用拉伸试验对优化后的吊环结构强度进行试验论证,取得了良好的经济效益。同时又完成吊环标准的修订工作。     

基于MSC.Patran的舱室识别程序开发

针对船舶结构强度规范校核时对舱室空间的边界单元自动识别的需要,对有限元模型空间识别方法进行讨论,以Patran为开发平台,使用PCL语言,基于"切分拼接"的思想开发出舱室空间识别程序,所开发的舱室识别程序能够准确地识别出舱室的边界网格单元。     

基于遗传算法的舰船舱段可靠性优化设计

遗传算法在引入动态自适应策略和"免疫算子"之后,其收敛效率有了较大的提高。对于以可靠性作为约束的随机结构系统优化问题,以罚函数法为基础,构造了有效的约束与目标函数向适应值函数的映射公式。建立合理的安全余量,采用随机有限元法处理结构分析中所涉及的有关参量的随机性,计算结构响应和敏度分析,并进行系统的可靠性计算。通过两种算法的结合,利用自适应免疫遗传算法、随机有限元法及可靠性的基本理论,建立了一套完整的基于遗传算法与随机有限元的结构系统可靠性优化设计方法。对舰船舱段结构梁系截面的优化计算结果表明,算法对多随机因素结构系统的可靠性优化具有良好的收敛效果。     

基于MSC/NASTRAN的小水线面双体船结构优化设计研究

该文对NASTRAN的最新结构优化方法和结构优化流程作了介绍,阐述了NASTRAN一般结构优化的数学模型和拓扑优化的物理模型。以小水线面双体船的舱段模型为研究对象,首先以提高舱段结构的整体刚度为目标进行拓扑优化、形状优化和尺寸优化,进而结合工程适用性提出贴近优化结果的可行优化设计,最后通过有限元直接计算比较验证了优化方案相对常规设计的结构响应的改善。